[發(fā)明專利]基于雙目視覺的剛性接觸網(wǎng)的磨耗分析方法

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• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112164044A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡昌俊;魏秀琨;王海;江思陽;何江海;賈利民;高勁;尹賢賢;劉蘭;閆雅斌;魏德華;孟鴻飛;李賽;楊子明;滕延芹;潘潼;翟小婕;所達(dá);管青鸞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué);廣州地鐵集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/80;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺的剛性接觸網(wǎng)的磨耗分析方法。該方法包括：通過兩個(gè)相機(jī)采集列車頂部與隧道頂部的剛性接觸網(wǎng)的接觸線圖像；對兩個(gè)相機(jī)采集到的接觸線圖像對進(jìn)行校正，利用立體匹配算法獲取校正后的圖像對的視差圖；根據(jù)雙目視覺立體成像原理將視差圖轉(zhuǎn)換為深度圖，提取深度圖中的接觸線部分，對接觸線部分進(jìn)行三維重建可視化，得到剛性接觸網(wǎng)的磨耗特征及分布。本發(fā)明利用接觸網(wǎng)表面三維圖以及各類別磨耗病害曲線圖，能夠較好地描述接觸線表面磨耗情況，實(shí)現(xiàn)對剛性接觸網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及于城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙目視覺的剛性接觸網(wǎng)的磨耗分析方法。

背景技術(shù)

弓網(wǎng)系統(tǒng)是電氣化鐵路供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，擔(dān)負(fù)著將牽引網(wǎng)電能輸送給電力機(jī)車使用的重要任務(wù)，而接觸網(wǎng)是弓網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。在城市軌道列車的高速運(yùn)行過程中，受電弓與接觸網(wǎng)一直保持高速摩擦狀態(tài)，加上自然環(huán)境侵蝕影響，在接觸網(wǎng)表面很容易出現(xiàn)磨損等病害，這些異常或者病害如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，都有可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果和事故。接觸網(wǎng)隨列車線路沿線布置，且剛性接觸網(wǎng)安裝于隧道頂部，長度范圍極廣且安裝高度較高的特點(diǎn)，使得城市軌道交通接觸網(wǎng)的檢測任務(wù)困難大，工作量也極大。因此，對城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化檢測方案的研究和實(shí)施具有重要的意義。

目前國內(nèi)對接觸網(wǎng)磨耗檢測的相關(guān)研究基本上都是基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來展開的，不同研究所使用的檢測方案有所不同，其中大部分都是基于單目相機(jī)方案來展開的。由于接觸網(wǎng)存在磨耗時(shí)，其底面一般會(huì)存在斷面，斷面對光的反射性回避接觸線其余的弧形部分要強(qiáng)，因此在采集到的圖像中，接觸網(wǎng)磨耗邊緣會(huì)產(chǎn)生明顯的梯度變化，單目相機(jī)方案基于這種思路，自底向上拍攝接觸網(wǎng)圖像，通過圖像增強(qiáng)、圖像分析、邊緣檢測以及形態(tài)學(xué)處理方法等，在一張圖像中提取出磨耗部分的輪廓信息，進(jìn)而分析接觸線磨耗情況。除了單目相機(jī)方案以外，還有部分研究采用了雙目視覺方案，同樣利用了接觸線底部磨耗邊緣的特征，基于雙目測距技術(shù)和三角成像原理，通過獲取到底部邊緣兩點(diǎn)的坐標(biāo)信息，進(jìn)一步分析底部磨耗信息。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中的單目相機(jī)方案和雙目相機(jī)方案都只利用到了圖像的部分信息，單目相機(jī)方案利用磨耗寬度及接觸線標(biāo)準(zhǔn)尺寸來計(jì)算磨耗量，雙目相機(jī)方案則獲取磨耗邊緣兩點(diǎn)坐標(biāo)信息來計(jì)算磨耗量。已有方案都假定接觸線磨耗面平滑且均勻，無法獲取其他類型的磨耗信息，忽略了磨耗中間區(qū)域的特征信息，同時(shí)也無法很好地描述接觸線整體信息。但在實(shí)際環(huán)境中，接觸線磨耗的表現(xiàn)形式往往十分多樣。

因此，如何高效、智能且準(zhǔn)確地對接觸網(wǎng)進(jìn)行檢測成為了一個(gè)亟待解決地問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙目視覺的剛性接觸網(wǎng)的磨耗分析方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種基于雙目視覺的剛性接觸網(wǎng)的磨耗分析方法，包括：

通過兩個(gè)相機(jī)采集列車頂部與隧道頂部的剛性接觸網(wǎng)的接觸線圖像；

對所述兩個(gè)相機(jī)采集到的接觸線圖像對進(jìn)行校正，利用立體匹配算法獲取校正后的圖像對的視差圖；

根據(jù)雙目視覺立體成像原理將所述視差圖轉(zhuǎn)換為深度圖，提取所述深度圖中的接觸線部分，對所述接觸線部分進(jìn)行三維重建可視化，得到所述剛性接觸網(wǎng)的磨耗特征。

優(yōu)選地，所述的通過兩個(gè)相機(jī)采集列車頂部與隧道頂部的剛性接觸網(wǎng)的接觸線圖像之前，包括：

根據(jù)雙目視覺理論體系搭建雙目視覺系統(tǒng)，該雙目視覺系統(tǒng)包含兩個(gè)相機(jī)、設(shè)備固定系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及處理主機(jī)，對所述相機(jī)的內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)和畸變參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，相機(jī)的參數(shù)描述了像素坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，相機(jī)的外參數(shù)描述了相機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，相機(jī)的畸變參數(shù)用來修正相機(jī)結(jié)構(gòu)誤差導(dǎo)致的圖像筒形或者魚眼的影響，所述兩個(gè)相機(jī)安裝在軌道列車車頂?shù)淖笥覂蓚?cè)，采用前向平行方式固定。